¿Qué es realmente Virtual Commissioning?

La puesta en marcha virtual o Virtual Commissioning es una técnica que permite llevar a cabo una validación y arranque virtual de una instalación sin necesidad de tener los elementos del sistema montados físicamente.

Virtual Commissioning de una líneaPara ello se simula el hardware y se genera un entorno 3D que refleja la instalación diseñada con gran exactitud, con el objetivo de poder tener un escenario digital lo más próximo a la realidad que contemple todos los actuadores, sensores y elementos implicados en la línea como robots, transportadores, mesas giratorias, etc. Además, gracias a las mejoras en las tecnologías de digitalización actuales, se puede conseguir una alta fidelidad tanto en tiempos de ejecución como en la réplica de los procesos de transformación.

Con todo esto se puede modelizar la propuesta con el fin de, no solo verificar el código de los diferentes elementos, sino que también de encontrar las flaquezas o cuellos de botella de la propuesta diseñada y corregirlos en un proceso iterativo de optimización en donde puede intervenir el cliente final. De esta forma, se obtiene un producto mucho más robusto y con muchas más garantías de calidad y de éxito que en la propuesta de diseño inicial, aportando así un valor añadido, que por el momento, no puede conseguirse de otra forma.

¿Cómo funciona el Virtual Commissioning?

El Virtual Commissioning se apoya fundamentalmente en tres pilares fundamentales:

1. Gemelo digital:

También llamado Digital Twin, es el modelo digital o la representación virtual de la línea que se quiere modelar, donde se incluirán por una parte todos los mecanismos y actuadores involucrados, de los sensores de cualquier magnitud física que extraiga información de la línea, y del producto desde componentes individuales, hasta el producto finalizado y todas sus posibles variantes.

Gemelo digital

2. Programación offline del hardware:

La programación offline de todos los elementos programables implicados, que suelen ser principalmente PLC y Robots. Este código es el que va a ser depurado para asegurar que está libre de errores y completo de funcionalidades antes de la integración en planta.

PLC

3. Entorno de ejecución:

Es el entorno de desarrollo digital que permite unificar todas las plataformas de programación y de modelado físicos para que estos puedan coexistir e interactuar entre ellos. Esta plataforma tiene que ser capaz de interpretar por un lado la programación offline en el lenguaje nativo del hardware, y por el otro actuar sobre el modelo digital para cambiar los estados de los actuadores y elementos con cinemática simulando la respuesta real de los mismos.

Ejemplo de Virtual Commissioning:

Para una mejor comprensión del funcionamiento tomemos una línea simplificada para ver cómo sería el proceso de Virtual Commissioning:

1. Se genera el gemelo digital o Digital Twin de la propuesta, para ello se va a modelizar el utillaje en 3D y se le va a dar la cinemática a los actuadores.

Gemelo digital para Virtual Commissioning

2. Una vez se tienen todas las cinemáticas y elementos físicos añadidos a la celda (o gemelo digital) se puede empezar a programar el robot asegurando la viabilidad del proceso y, por otra parte, se programa el PLC y las pantallas de usuario en paralelo con la información del esquema eléctrico y el diagrama de proceso.

Programación PLC y robots para Virtual Commissioning

3. El siguiente paso consiste en añadir las señales digitales al entorno de simulación. Se trata de conectar estas entradas y salidas digitales con los actuadores a través de bloques lógicos que nos permitan simular los diferentes estados de estos.

Señales digitales al entorno de simulaciónSeñales digitales al entorno de simulación

4. Una vez tenemos todos los elementos modelizados y programados, comienza la fase de validación del código, seguridades, HMi y procesos. En este punto el cliente se involucra para verificar que las funcionalidades son las esperadas. Además, es el momento de identificar si existen carencias en la propuesta de diseño. En el caso de ser así, de forma conjunta con el cliente se hace un proceso iterativo donde se aportan propuestas para corregir los errores o carencias, generando un nuevo producto que supere las expectativas deseadas.

5. Para que en el proceso no se deje sin comprobar ningún punto, se suele seguir un checklist genérico que, según los elementos que contenga la celda, se autogenera para poder comprobar todos los escenarios posibles. Esto, sumado a la toma de tiempos para verificar el tiempo de ciclo, abarca todo lo necesario para tener las máximas garantías de éxito.

¿Por qué Virtual Commissioning?

Son varias las razones por la cual cada vez más clientes están optando por añadir el Virtual Commissioning como una fase necesaria en la ejecución de sus proyectos, y aunque el motivo principal (y suficiente) es la reducción del tiempo de puesta de en marcha de la línea de producción, aquí os damos un listado de motivos por los que la puesta en marcha virtual ha llegado para quedarse.

1. Reducción de tiempos de puesta en marcha

En un mercado tan competitivo como el actual, cada vez se valora más la rapidez en el lanzamiento de los productos. El Virtual Commissioning nace precisamente con el objetivo de reducir el tiempo de la puesta en marcha de una instalación, y con ello, reducir el time to market del producto final.

Se estima que el Virtual Commissioning permite reducir el tiempo total de un proyecto hasta en un 25% desde la primera fase de realización de un producto hasta su aceptación por parte del cliente final. Disminuyendo así, el coste total del proyecto, ya que se adelanta el inicio de la producción y se elimina el riesgo de paradas por fallos durante la producción de los primeros lotes.

Estas ventajas se consiguen gracias a poder adelantar fases que antes eran necesariamente ejecutadas durante la puesta en marcha en instalaciones del cliente, y que ahora se pueden ejecutar en paralelo a la vez que las fases de diseño. En los siguientes puntos hablaremos sobre estas fases que el Virtual Commissioning permite avanzar.

Ventajas del Virtual Commissioning

2. Depuración de los desarrollos mecánicos, neumáticos y eléctricos

El gemelo digital permite verificar que el diseño mecánico de los utillajes acomoda al producto y que es apto para el proceso tecnológico para el que ha sido diseñado. Por ejemplo, validando que en una mesa de soldadura se tienen las condiciones para asegurar la repetitividad del referenciado del producto, que el robot que porta la pistola de soldadura pueda alcanzar todos los puntos y el camino hasta ellos y que las condiciones de trabajo son las necesarias para asegurar la calidad del proceso (como podría ser la perpendicularidad de la soldadura, compensación de desgastes etc.).

Por otra parte, el Virtual Commissioning garantiza que los esquemas neumáticos y eléctricos han sido correctamente planteados para cumplir con el proceso. Por ejemplo, al asegurar que, al actuar sobre una señal eléctrica, se activa un grupo neumático concreto que desplaza ciertas bridas para permitir la entrada de la pistola de soldadura para poder alcanzar un punto concreto del proceso.

3. Depuración de los errores de programación

La simulación de todos los elementos hace posible ver cómo sería la respuesta del PLC y de los robots en la instalación real para asegurar que el resultado final es el esperado, y dando la oportunidad de depurar y comprobar su código.

Este es el factor fundamental por el cual se puede llegar a reducir los tiempos de instalación, ya que se asegura que todo el código está ya probado y validado, y por tanto la puesta en marcha real se reduce simplemente a la configuración de los equipos.

4. Verificación de modos de funcionamiento, proceso y producto final

Puede ocurrir que una vez instaladas las líneas de producción, sin haber hecho una puesta en marcha virtual o Virtual Commissioning, aflore alguna deficiencia en el diseño que haga imposible la ejecución correcta del proceso, y esto dé como resultado alguna de estas tres circunstancias: que no se pueda asegurar la calidad final del producto, que no sea posible cumplir los tiempos de ciclo para los que la maquina ha sido diseñada, o que sea imprescindible alguna funcionalidad que no se había tenido en cuenta en la fase de diseño.

Este sería uno de los peores escenarios que podemos encontrar en la ejecución de un proyecto, ya que su corrección supone un rediseño de los utillajes o la necesidad de añadir nuevas instalaciones y modificar las ya construidas.

Esta situación suele conllevar un incremento muy alto del tiempo de puesta en marcha, ya que hay que esperar a que se rehaga el diseño, a que la nueva propuesta se fabrique y a que por último se transporte y se valide en planta. Por lo tanto, un pequeño error que no haya sido encontrado en las fases de diseño puede acarrear un incremento elevado del coste total del proyecto sumado a un muy posible retraso de la producción de los primeros lotes.

5. Verificación de la seguridad del operario y de la máquina

Si bien la funcionalidad de la máquina es el motivo principal del Virtual Commissioning, otro de los aspectos fundamentales que permite comprobar es la seguridad de la instalación.

El Virtual Commissioning permite verificar que los elementos móviles que la componen no presentan ninguna interferencia entre ellos, pero además,  garantiza que no existan movimientos o errores de diseño que puedan dañar a algún operador.

Para realizar estas comprobaciones, se testean innumerables escenarios de la misma forma que se haría in situ en la instalación. Estas pruebas aportan un nivel de fiabilidad mayor y reduce drásticamente el tiempo en pruebas de seguridad.

6. Ser pionero en la digitalización del sector automovilístico

En el contexto actual, el paradigma de la industria de manufacturación está empezando a cambiar hacía un entorno mucho más digital, donde entran en juego tecnologías como la Industria 4.0. De la adquisición masiva de información se pueden extraer conclusiones para mejorar tiempos de procesos, o puntos críticos de las líneas donde sería recomendable realizar mejoras como añadir un pulmón o buffer de piezas por ejemplo.

El hecho de tener un gemelo digital preparado para la puesta en marcha virtual da la posibilidad de estudiar las propuestas y validarlas de una manera mucho más eficiente y segura. Y no solo eso, se pueden replicar escenarios que producen fallos en la línea para encontrar soluciones sin afectar a la producción, y de este modo cargar el código con la mejora cuando la línea de producción esté parada.

Los productos que se fabrican actualmente son más personalizados, es por eso por lo que el gemelo digital y el Virtual Commissioning para muchos fabricantes no es solo recomendable, sino que es un requerimiento ya que permiten niveles de eficiencia y rendimiento mayores, además de nuevos puntos de vista y nuevos niveles de automatización en todos los puntos de la cadena.

Si quieres ser competitivo en el futuro, necesitas hacer Virtual Commissioning en tus proyectos. 

 

Si estás interesado en llevar a cabo un proyecto de Virtual Commissioning contáctanos y nuestro equipo de expertos te asesorará durante todo el proyecto.